Остаточные ресурсы трубопроводов

В реальных условиях эксплуатации любая металлическая конструкция, претерпевая регулярные нагрузки, в результате чего накапливаются дефекты, что фактически снижает расчетный срок эксплуатации, так как снижает надежность системы.
Практически любое несоответствие параметра, контролируемого в процессе эксплуатации, есть дефект, так как контролируемые характеристики должны соответствовать строго регламентированным нормам. В процессе же работы любой дефект может стать причиной отказа как отдельного элемента системы, так и всей конструкции в целом.
Отклонение рабочего параметра от нормы задается научно или на основании практического опыта. Основной металл и сварные соединения трубопровода содержат множество различных дефектов, возникающих в процессе изготовления труб, их транспортировке и монтаже ...

Задание 4
Введение 5
1 Остаточный ресурс трубопровода 7
2 Расчет остаточного ресурса трубопровода в системе Mathcad 12
Заключение 15
Список использованной литературы 17

Предельный срок службы трубопровода теоретически определяется границей 25 лет, однако практический опыт показывает, что срок эксплуатации трубопровода также зависит и от такого фактора, как внешнее воздействие. Условия же эксплуатации всегда различны, соответственно, как показывает практика, теоретическая цифра для некоторых трубопроводов не предел, другие же могут не прослужить и меньший срок эксплуатации.
Разумеется, немаловажно, что для каких целей служит трубопровод. Среда, которая проходит по трубопроводу, может быть как агрессивной, так и не влиять существенно на внутреннее состояние объекта [1, 3].
Так, исследования тепловых сетей отмечают высокую аварийность данного трубопровода, в результате неисправности повышаются тепловые потери, увлажнение теплоизоляции и утечка собственно гор ячей воды.
К тому же, в том случае, если срок службы превышен, возникает риск коррозии материала труб, что ведет к резкому скачку аварийных ситуаций, а следовательно, и к увеличению отказом и ремонтам.
Важным направлением в области экономии и снижении потерь, как таковых, является определение остаточного ресурса трубопровода, которое должно производиться регулярно и своевременно. В область обследований должны быть включены также и отдельные участки трубопровода, которые представляют собой часть трубопровода и характеристику его надежности и безопасности.
Определение остаточного ресурса помогает решить ряд поставленных задач, связанных с предотвращением аварий и, следовательно, отключений участков, которые ведут к потерям, помимо этого, данная процедура позволяет избежать замены участков, не успевших еще выработать свой ресурс, а, следовательно, помогает заблаговременно планировать мероприятия по капитальному ремонту и замене участков трубопровода, что несомненно позволяет экономить большие материальные и физические ресурсы [2].
Техническое состояние трубопровода определяется путем расчетных оценок, а также путем технической диагностики, которая состоит из специальных методов исследований. Для достоверности расчетов необходимо использовать сочетание методов.
Расчетный метод включает такие характеристики трубопровода:
- механический износ;
- вид прокладки;
- срок и условия его эксплуатации;
- характер и история нагружения конструкции;
- характер проведенных ремонтных работ.
Помимо этого необходимо проведение прочностного расчета трубопровода и расчет наработки на первый отказ, который рассчитывается как при эксплуатации, так и при опрессовке [3-4].
При выборе объектов для проведения технической диагностики принимаются во внимание сведения о сроках ввода трубопроводов в действие, о характере повреждений и ремонтов, об условиях эксплуатации, виде прокладки, о наличии затопленных участков, мест прохождения через железные и автомобильные дороги.

Образцы подвергают испытаниям на статическое растяжение и на усталость металла методом циклического нагружения (консольного или чистого изгиба). При этом частота колебания нагрузки не должна быть более 40…50 циклов в минуту, а амплитуда подбирается с учетом максимального напряжения, которое может возникнуть в реальных условиях эксплуатации. Нагружение образцов производят до их разрушения.К эксплуатационным дефектам относятся, прежде всего, коррозионные повреждения и усталостные трещины. В трубопроводах встречаются все виды коррозии: точечная, язвенная, сплошная. Глубина повреждений варьируется от 0,5 мм до сквозных отверстий.Наиболее опасными эксплуатационными дефектами являются „холодные" и усталостные трещины. В большинстве случаев трещины возникают в сварных соединениях с выходом или без выхода на основной металл.Также часто образование трещин в металле стенки трубопроводов происходит в дефектных зонах концентрации напряжений и на границах вмятин.Трещины являются самым опасным дефектом, их наличие в трубах любых размеров и направлений не допускается.По результатам испытаний стандартными методами статического растяжения определяют предел прочности металла трубы, бывшей в эксплуатации  и предел прочности металла в исходном (отожженном)  в образце.Сталь марки 17ГС является конструкционной низколегированной для сварных конструкций, применяемая при производстве следующих деталей - днища, корпуса аппаратов, фланцы и другие сварные детали, работающие при температурах от —40 до +475 °С, под давлением, обладает параметрами, представленными в таблице 1.Таблица 1 Механические свойства при Т=20oС материала 17ГС СортаментРазмерНапр.sвsTd5yKCUТермообр.-мм-МПаМПа%%кДж / м2-Лист, ГОСТ 5520-79  490-510335-34523   Трубы, ГОСТ 10705-80  49034320   Предел прочности металла трубы, бывшей в эксплуатации составляет 539 Мпа.По этим данным определяют коэффициент упрочнения Ку .Остаточный ресурс tост определяют как время дальнейшей безопасной эксплуатации трубопровода.где- tэ - время эксплуатации трубопровода до проведения испытаний, лет;- tи - время разрушения исходного (отожженного) образца, лет.При этом:где Nи - количество циклов к моменту разрушения исходного (отожженного) образца;NГ - количество циклов, который испытывает за 1 год.Применительно к газопроводам рекомендуется принять NГ=500 циклов в год;СД - коэффициент деформационного старения, который определяется по формуле:где Сс - степень «старения» металла, определяется по формуле:где n - количество циклов нагрузок, которым металл подвергается за время эксплуатации.N c - количество циклов к моменту разрушения состаренного (неотожженного) образца.Тогда находим tост .Предлагаемый способ технического решения прошел апробацию на газопроводах системы газоснабжения ОАО «Газ-сервис» г.Уфа. При этом испытывались подземные газопроводы, проложенные в черте города и прослужившие различные сроки.Помимо данного расчетного метода используют и другие способы, так, в частности, проводится внутритрубная диагностика трубопровода с помощью дефектоскопии. Основанием для подобного обследование может быть технико-экономическая целесообразность или же в соответствии с требованиями действующих на момент проведения работ нормативно-технических документов.Контроль состояния антикоррозийного покрытия включает следующие работы:определение дефектов изоляционного покрытии приборным методом с помощью искателей повреждений типа АНПИ, УКИ, ПКИ, УДИП и др.;визуальный контроль состояния защитного покрытия;определение толщины защитного покрытия;определение адгезии защитного покрытия к металлу труб.На основе визуального осмотра выявляют механические повреждения.Также должен обязательно проводиться регулярный контроль состояния основного металла труб, включающий визуальный и измерительный контроль, измерение фактической толщины стенки труб, ультразвуковой контроль, который производится выборочно в местах вероятных дефектов, измерение твердости основного металла труб.Важным аспектом является контроль кольцевых сварных соединений трубопроводов, также основанный на регулярном осмотре и контроле состояния.Помимо проверочных расчетов должны в обязательном порядке производиться такие работы, как акустико-эмиссионная диагностика участков трубопровода или химический анализ, механические испытания и металлографические обследования металла и сварных частей.На основе же полученных результатов составляется экспертная оценка состояния трубопровода, согласно которой определяется возможность или же невозможность дальнейшей работы, в том числе принимаются решения о целесообразности проведения капитального ремонта.Специализированная экспертная организация, имеющая соответствующую лицензию Госгортехнадзора России, после проведения обследования трубопроводов предоставляет Заказчику заключение по результатам диагностирования трубопроводов установленного образца в количестве не менее двух экземпляров с оформлением акта приемки-сдачи выполненных работ. Заключение должно содержать подписи исполнителей (экспертов) работы и утверждающую подпись руководителя организации, проводившей обследование и оценку остаточного ресурса объекта.